Biodiversität, Kohlenstoffkreislauf und Klimawirkungen sind im Wald eng verknüpft
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Forum für Wissen 2020: 65–70 65
Biodiversität, Kohlenstoffkreislauf und Klimawirkungen
sind im Wald eng verknüpft
Christian Körner
Departement Umweltwissenschaften, Botanik, Universität Basel, Basel, ch.koerner@unibas.ch
Die Baumartenvielfalt hat einen Eigenwert, wie biologische Vielfalt überhaupt. Wäldern zu erhöhen: die Waldfläche zu
Die Biodiversität im Wald auf ihren möglichen Nutzen zu reduzieren greift zu vergrössern oder den Vorrat pro Flä-
kurz. Ganz erheblich zu kurz greift die aktuelle Diskussion, in der der Wald oft auf cheneinheit zu erhöhen (Körner 2009).
seine Kohlenstoffspeicherung und sein Potenzial zum Ersatz von fossilen Brenn- Jede Waldflächenvergrösserung geht
stoffen reduziert wird, wobei unrealistische Vorstellungen populär sind. In die- auf Kosten anderer Landbedeckungs-
sem Kontext spielt die Altersstruktur des Waldes (die Diversität des Baumalters) formen. Bei uns ist das hauptsächlich
eine zentrale Rolle. Zudem sind alle Umwelteinflüsse auf den Wald Baumart- landwirtschaftlich genutztes Land. Ab-
spezifisch, so zum Beispiel die Temperatur-bestimmten Verbreitungsgrenzen von gesehen von sehr marginal produkti-
Baumarten, die Wechselwirkungen zwischen Bäumen im Wald und die Wirkung vem Nutzland, tritt somit jede Waldver-
von Trockenheit, was an Beispielen illustriert wird. mehrung mit der Nahrungsmittelpro-
duktion in Konkurrenz, weshalb auch
Bioenergie vom Acker unverantwort-
1 Es ist weitgehend Da die Bäume aber bekanntlich (a) lich ist (die entsprechenden Nahrungs-
illusorisch, das CO2-Problem nicht in den Himmel wachsen, sondern äquivalente werden dafür importiert).
«grün» zu lösen sich in einem zyklischen Lebensprozess Die Vorstellung, das CO2-Problem glo-
zwischen Geburt und Tod befinden und bal mit gigantischen Aufforstungspro-
Es ist unbestritten, dass mehr als 80 % (b) bei uns in einer bestimmten Um- grammen zu lösen, ist vollkommen ab-
des Biomasse-Kohlenstoff-Vorrates triebszeit von etwa 80–120 Jahren ge- surd, quantitativ unmöglich und gleich-
der Erde in Wäldern gebunden ist, we- nutzt werden, ist die Bilanz langfris- zeitig als Idee gefährlich, da politisch
niger als 2 % im Ackerland und etwa tig und über grosse Flächen logischer- eine Problemlösung suggeriert wird,
0,2 % im Ozean (Körner 2014). Knapp weise null (Körner 2003, 2017). Wäre wo keine ist. Zu Recht erlebte eine der-
die Hälfte von Ofen-trockener Holz- das nicht so, wären die Wälder längst artige Modellstudie (Bastin et al. 2019)
biomasse besteht aus dem chemischen im Morast, sprich im nicht-rezyklierten den grössten Proteststurm, den das Sci-
Element Kohlenstoff (C; etwa 48 %). Abfall, versunken. (2) Man kann das C- ence Magazin je erlebte (z. B. Bond
Jährlich werden mehr als 1 Mrd. Ton- Reservoir Wald nur einmal füllen und et al. 2019; Friedlingstein 2019). Ein
nen C durch Waldzerstörung und in der es braucht sehr lange (bei unseren Um- grosser Teil der Erdoberfläche, der kli-
Folge, vielfach in Form von kurzlebigen triebswäldern rund 100 Jahre, in Na- matisch bedingt lockere Wälder tra-
Produkten, freigesetzt. Der C-Gehalt turwäldern einige hundert Jahre), bis gen könnte, aber heute keinen Wald
dieser Biomasse landet rasch als CO2 in nach einem Kahlschlag oder Feuer der trägt, ist natürlicherweise feuerbedingt
der Atmosphäre. Grob die Hälfte der ursprüngliche Vorrat wieder hergestellt waldfrei (Bond et al. 2005), das übrige
ursprünglichen Wälder wurde in histo- ist. So lange bleibt eine CO2-‹Schuld› waldfreie Land wird agrarisch genutzt;
rischer Zeit weltweit zerstört, grossteils erhalten. (3) Es ist für die Entlastung grob die Hälfte der vegetationsbedeck-
um Agrarland und Siedlungsraum zu der Atmosphäre von CO2 unbedeu- ten Erdoberfläche wird beweidet. Ag-
gewinnen. Die Waldfläche schrumpft tend, wie gross der Kohlenstoff-Durch- rarische Landnutzung und Feueröko-
global weiterhin, auch wenn es regio- satz (Umsatz) durch das System Wald logie reduzieren das Potenzial zusätz-
nal Zuwächse gibt, ohne die der jährli- ist (durch Wachstum, Ernte und Recyc- licher forstlicher C-Bindung auf ein
che C-Verlust an die Atmosphäre noch ling von toter Biomasse). Für den Vor- sehr niedriges Niveau, wobei die se-
grösser wäre. Um in dieser Debatte rat zählt nur, wie lange der Kohlenstoff gensreichen Wirkungen einer Baum-
keinen Illusionen zu unterliegen, ist es im System verweilt. Es ist also für die bestockung zum Erosionsschutz und
nützlich, ein paar grundlegende Gege- Kohlenstoffspeicherung unerheblich, für die lokale Energieversorgung viel
benheiten in Erinnerung zu rufen: (1) ob Wälder rasch oder langsam wach- grösser sind als das (sehr langsame und
Eine gleichmässig mit Wald besetzte sen (siehe Abschnitt 2). Rasch wüch- geringe) C-Sequestrierungspotenzial.
Landschaft bindet langfristig weder sige Baumarten und Wälder leben kür- Den Vorrat pro Flächeneinheit zu er-
CO2, noch setzt sie Sauersoff frei. Der zer (haben schnelleren «turnover») als höhen bedeutet, den Wald nicht oder
weitverbreitete Irrtum, dass Wälder langsamwüchsige, weshalb letztere in nur gering zu nutzen, ein Potenzial, wel-
netto C binden und im Gegenzug Sau- der Regel mehr C speichern (Beispiel ches endet, sobald der Wald sein neues
erstoff erzeugen, beruht darauf, dass Pappelplantage im Gegensatz zu Ei- Umtriebs-Gleichgewicht erreicht. Man
nur ein im Aufbau befindlicher (also chenwald; Zitate hiezu in Abschnitt 3). kann sich vorstellen, den Wald auf ei-
tatsächlich C-akkumulierender und Es gibt netto, über lange Zeit, nur nem höheren Vorratsniveau mit länge-
O2-freisetzender) Wald betrachtet wird. zwei Wege, den Kohlenstoffspeicher in ren Umtriebszeiten zu nutzen, was al-
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lerdings «unpraktisch» grosse Stamm- produkte für die Schweiz im Ausland ten Holz geht es nicht um den Umsatz
durchmesser bewirkt und wegen der frei gesetzt wird, ebenso wie ein grosser (Produktion), sondern um die Verweil-
Abflachung der Zuwachskurven mit Teil des Flugzeugtreibstoffes. dauer und einen effektiven Nettozu-
dem Alter bei gleicher Nachfrage den Gleichzeitig wurden in jüngster Zeit wachs des Vorrates (eine noch immer
Ertrag mindert. Die industrielle Holz- in der Schweiz etwa 5,2 Mio. m3 jähr- sehr aktuelle Zusammenfassung ge-
wirtschaft strebt daher eher kürzere lich geerntetes Rundholz handelssta- ben Wimmer und Halbwachs 1992).
Umtriebszeiten an. Zudem steigt in al- tistisch erfasst (Rigling und Schaffer Es geht also darum, Umsatz (Baum-
tersmässig homogenen Beständen mit 2015). Waldfrisch beträgt die Dichte wachstum als Teil des Umsatzes) und
zunehmendem Waldalter das Risiko für geschältes Fichten- und Buchen- Kapital (C-Vorrat im Wald oder ver-
von Sturmschäden. Eine Unternutzung rundholz etwa 0,8 und 1 kg m–3, (Lig- bautem Nutzholz) nicht zu verwech-
in der Schweiz würde durch Holzim- num, Holzwirtschaft Schweiz, Zürich), seln und das vergleichsweise sehr be-
porte aus anderen Ländern kompen- die sich nach ausreichender Lufttrock- grenzte, aber selbstverständlich er-
siert, womit sich ein Teil der C-Bilanz, nung auf im Mittel 0,47 und 0,72 kg m–3 wünschte Substitutionspotenzial zu
wie bei der Wald-Nahrungs-Konkur- reduziert (hygroskopische Restfeuchte beachten (Körner 2009, 2014). Vor-
renz, einfach ins Ausland verlagert. So etwa 10 %). Rechnet man grob mit ratserhöhung und Nutzung von Holz
sehr Urwaldreservate aus ökologischen 0,55 über alle Holzarten und setzt ei- auf der gleichen Fläche schliessen
Gründen wünschbar sind, erhöhte C- nen C-Gehalt von ofentrockenem Holz sich aus. Durch längere Umtriebszei-
Vorräte garantieren diese nicht, sobald («Darr-Dichte») von 48 % ein, erge- ten kann zwar der Vorrat erhöht wer-
die Walddynamik grossräumig ein na- ben sich etwa 0,26 kg C m–3 Rundholz den (er hat in der Schweiz den euro-
türliches Gleichgewicht erreicht hat. und somit 1,35 Mio. t Kohlenstoff pro päischen Rekordwert von 350 m3 pro
Auch wenn eine Vergrösserung von Jahr an gehandeltem Rundholz (ex- ha erreicht), aber im gleichen Ausmass
Waldflächen in sonst kaum nutzbare klusive Netto-Holzimporte). Die ef- sinkt der genutzte Ertrag, was im Sinne
Gebiete und die Reifung historisch ge- fektiv geerntete Holzmenge ist etwa einer korrekten lokalen C-Bilanz nicht
störter Wälder national und global in ein Viertel höher, da ein Teil nicht in durch Holzimporte kompensiert wer-
gewissen Grenzen einen Beitrag an die den Handel kommt. Es geht hier nur den darf. Lösen lässt sich also das nati-
biosphärische C-Bindung leisten kann um die Grössenordnung. Daran sieht onale und internationale CO2-Problem
(zur Zeit sind das rund 5 % der jährli- man, dass ein 100 %-iger Einsatz die- mit Waldvermehrung und Substitution
chen globalen C-Freisetzung, die rund ser 5,2 Mio. m3 Nutzholz als Ersatz für kaum. Canadell und Schulze (2014)
10 Gt C beträgt; Körner 2014), ist das fossile Energieträger die schweizeri- sprechen von einem globalen Potenzial
Potenzial der Bewahrung von Altbe- sche CO2-Schuld (ohne Einrechnung von 3 bis 8 % des C-basierten Energie-
ständen vor der Abholzung rund dop- der grauen Energie, s. o.) um rund 9 % konsums bis 2050. Ähnlich bescheidene
pelt so gross. Jede Vorratserhöhung verringern könnte (100 × 1,35/15). Eine Möglichkeiten ergeben sich in Europa
durch Flächenvergrösserung oder tem- solche, an sich utopische Abschätzung, vor allem, wenn man alle energetischen
poräre Unternutzung kann man, wie ignoriert die technische Machbarkeit Transport- und Prozesskosten und Se-
dargelegt, an einem Ort nur einmal ma- dieses Ersatzes und allen Energiebe- kundäreffekte auf die Emission von
chen. Es ist daher viel naheliegender darf für eine derartige Holznutzung. Treibhausgasen, insbesondere Lachgas,
und sofort und dauerhaft machbar, fos- Diese wenigen Zahlen illustrieren, dass einbezieht (Schulze und Körner 2012;
sile Energieträger und stark fossil-las- das realistische Substitutionspotenzial Luyssaert et al. 2018). Ein Stopp der
tige Werkstoffe (Zement, Stahl) durch marginal ist (Holz soll ja weiterhin als Urwaldrodung, durch die heute immer
den nachwachsenden Rohstoff Holz zu Bau-, Möbel- und Zellulose-Holz ge- noch mehr als 1 Mrd. t C freisetzt wird,
ersetzen. Wo sind da die Grenzen? nutzt werden). Wenn der Konsum von und eine Beschränkung der Holznut-
fossiler Energie nur um etwa 9 % ein- zung auf nachhaltig betriebene Wirt-
geschränkt würde, hätte das den sel- schaftswälder hätte den grössten Net-
ben Effekt. Klar ist Biomassenutzung toeffekt.
2 Der potenzielle Beitrag von (Sägereiabfall, Schadholz) sinnvoll, so-
Wäldern an die C-Bilanz der lange dem System Wald dadurch nicht
Schweiz netto zu viel Bodennährstoffe entzo-
gen werden (wie z. B. bei Astholz und 3 Das Baumalter bestimmt
Zur Zeit konsumiert die Schweiz (ein Rinde), aber die Mengen sind vergli- den Vorrat, seine Diversität
Land ohne Schwerindustrie und Koh- chen mit dem fossilen Energiekonsum dessen Kontinuität
lekraftwerke) rund 14 Millionen t C marginal. Nutzholz hat in Europa im
aus fossiler Energie, die das Land als Durchschnitt eine mittlere Verweil- Nehmen wir einen Extremfall an. Ein
CO2 verlassen. Bezieht man alle fossi- dauer von rund 22 Jahren, bevor es re- Hektar entwaldetes Land wird mit ei-
len Produkte (also einschliesslich im- zykliert wird (das schliesst hundertjäh- ner Baumart aufgeforstet. Der Einfach-
portierter C-basierter Kunststoffe) ein, rige Dachbalken und Toilettenpapier heit halber nehmen wir an, alle Setz-
sind es pro Jahr gemäss Bundesamt ein). Das wäre so, wie wenn die Bäume linge seien im Jahr 1 ein Jahr alt. Sie
für Statistik (BFS) rund 15 Mio. t Pro- im Wald im Durchschnitt 22 Jahre äl- werden gemeinsam 50–100 Jahre alt.
dukte, auf C-Basis berechnet etwas we- ter geerntet würden und danach nur Einige gehen im Laufe der Zeit durch
niger. Dabei fehlt sowohl die «graue» zum Heizen oder zur Papierproduktion Selbstausdünnung des Waldes oder
Energie, die hauptsächlich durch Stahl- benutzt würden. Auch beim genutz- aktive Auslichtung verloren. Im Alter
WSL Berichte, Heft 100, 2020Forum für Wissen 2020 67
von 100 Jahren wird der Wald geerntet
Relative Baumgrösse (Biomasse)
H1 H1 H3
und der Zyklus beginnt von vorne. Das Fixes Sterbealter, fixe Grösse Fixes Alter, aber grösser Fixe Grösse, früheres Sterben
gäbe alle 100 Jahre eine Ernte und im
Mittel über 100 Jahre einen Vorrat, der abwarten grösser schneller
ungefähr dem des Zustandes im Alter
50 Jahre entspricht. Möchte man jedes
Jahr Holz ernten, braucht es 100 sol-
che Flächen, eine für jede Altersstufe.
Das ist der Grundgedanke der nach-
haltigen Forstwirtschaft seit Hans Carl Baumalter (relative Einheiten)
von Carlowitz (1713). Was wäre, wenn
Abb. 1. Drei schematisch dargestellte Hypothesen, wie sich eine durch irgendeinen Um-
die Bäume doppelt so schnell wüch-
welteinfluss erhöhte Wachstumsrate von Bäumen (z. B. mehr Wasser, wärmere Temperatu-
sen und schon nach 50 Jahren die ge- ren, erhöhter Stickstoffeintrag) auf den Kohlenstoffvorrat im Wald auswirken kann. Hypo-
wünschte Erntegrösse erreichen wür- these H1 sagt, Bäume die schneller wachsen, hören beim Erreichen einer festen maximalen
den? Am mittleren Vorrat in der Land- Grösse auf zu wachsen und warten bis sie «genug alt» zum Sterben sind (schwarze Pfeile).
schaft würde sich dadurch gar nichts Diese Hypothese ist absurd und ist nur der Vollständigkeit halber abgebildet. H2 sagt, dass
ändern, aber der Ertrag pro Zeitein- schneller wachsende Bäume innerhalb einer gleichbleibenden natürlichen Lebensspanne
heit würde sich verdoppeln. Dieses Ex- grösser werden. H3 sagt, dass schneller wachsende Bäume ihren Lebenszyklus schneller
durchlaufen und nach dem Erreichen einer maximalen Grösse (eben früher) sterben. In
trembeispiel ist gar nicht so weit von
forstwirtschaftlich genutzten Wäldern ist das Ziel nicht ein bestimmtes Baumalter, sondern
unseren klassischen Wirtschaftswäl- eine bestimmte Baumgrösse (Stammdurchmesser). Für solche Wälder gilt H3, was klarer-
dern entfernt. Statt Parzellen einheit- weise keine Vorratsänderung erzeugt, wenn Bäume schneller wachsen. In natürlichen Wäl-
lich alter Baumkohorten strebt man dern bestimmt die statistische Sterberate (Mortalität), welches Modell zutrifft. Bisherige
heute, soweit praktikabel, eine Durch- Daten stützen auch hier H3, aber es sind auch Mischformen zwischen H2 und H3 denkbar,
mischung von Altersklassen an (z. B. wenn nicht die Biologie die Alters/Grössen-Relation bestimmt, sondern stochastische Er-
durch Einzelbaumernte). Da unter- eignisse, also zum Beispiel eine grössere Wahrscheinlichkeit, dass grössere Bäume bei Sturm
eher stürzen als kleinere. Das würde H2 in H3 überführen. Diese Überlegungen machen es
schiedliche Baumarten unterschiedlich
deutlich, dass eine C-Vorratsänderung nicht aus Wachstumsraten vorhersagbar ist, ohne die
schnell wachsen (und sterben), entsteht Lebensdauer (die Verweildauer des Kohlenstoffs im Wald) zu kennen und zu berücksichti-
in diversen Wäldern selbst bei glei- gen (aus Büntgen et al. 2019).
chem Baumalter eine hohe Grössen-
diversität. Kommen stochastische (zu-
fällige) Ereignisse ins Spiel, sind nicht ters-(Grössen-)Kohorten bestimmt und Klimaerwärmung der Fall ist, würde
alle Altersklassen gleichmässig vertre- nicht von der Wachstumsrate (Viera eine solche Beschleunigungswelle eine
ten (Windwurf, Feuer, Insektenkalami- et al. 2006; Büntgen et al. 2019, dort Mortalitätswelle in der Zukunft bewir-
täten, Lianendruck, Einzelbaumernte). weitere Zitate). Der oft postulierte po- ken. Die einzige Absicherung dagegen
In Naturwäldern entstehen durch soge- sitive Zusammenhang zwischen Wachs- sind möglichst altersdiverse Wälder aus
nannte «gap-dynamics» natürliche Er- tumsrate oder Primärproduktivität ei- Arten mit unterschiedlichen Wachs-
neuerungslücken durch umstürzende nerseits und Biomassevorrat anderseits tumskurven.
Altbäume, die zu einem Mosaik von wurde erstmals systematisch von Kee- Es wird zunehmend klar, dass rasch-
Alterskohorten führen. ling und Phillips (2007) in Frage ge- wüchsige Arten und Individuen ten-
Je mehr ältere Bäume im Wald sind, stellt und gerade eben in einer globa- denziell schneller sterben, wobei diese
desto höher der Vorrat. In Art- und len Synthese widerlegt (Brienen et al. Zusammenhänge sehr komplex sind,
Alters-diversen Wäldern bestimmt 2020). Die Autoren zeigen, dass rasch weil in der Jugend raschwüchsige Ar-
(neben vielen anderen ökologischen
wachsende Bäume eine kürzere Le- ten auch eine höhere Chance zur
Vorzügen solcher Wälder) somit die benserwartung haben. Abbildung 1 Raumdominanz im Kronenraum ha-
Altersverteilung (die Demografie illustriert mögliche Zusammenhänge ben. Die Nachweise mehren sich aber,
der Bäume) den Holzvorrat, also die zwischen Baumgrösse und Baumalter dass selbst in tropischen Wäldern eine
Grösse des C-Speichers. Was bestimmt bei unterschiedlicher Wachstumsge- Wachstumssteigerung den «turnover»
das Alter? In genutzten Wäldern der schwindigkeit. erhöht. Da 42 % aller noch existieren-
Förster. In Naturwäldern der natürli- Würde durch Klimaerwärmung, Stick- der Wälder lianenreiche Tropenwälder
che biologische Lebenszyklus, also das stoffdeposition, neue Artenzusammen- sind und Lianen massgeblich die Mor-
Mortalitätsrisiko des Individuums. Da setzung usw. die Wachstumsgeschwin- talität der Trägerbäume beeinflussen,
dieses, im Gegensatz zu Wachstums digkeit steigen, berechtigt dies nicht kann auch ein Biodiversitätsfaktor (die
raten, kaum berechenbar oder model- zur Annahme, dass der Vorrat steigt, funktionelle Gruppe der Lianen) den
lierbar ist, fehlt also in allen Kohlen- solange nicht die Wirkung auf die turnover verändern. Eine erhöhte Li-
stoffmodellen der Biosphäre der ent- Mortalität bekannt ist. Beträfe eine anenaktivität wurde in mehreren Stu-
scheidende vorratsbestimmende Faktor solche Veränderung alle Baumarten dien in Tropenwäldern nachgewiesen,
(ein löblicher Versuch, das zu korrigie- und Altersstufen und würde eine sol- was zwangsweise den C-Vorrat dieser
ren in Friend et al. 2014). Zu merken: che Wirkung in einem engen Zeitraum Wälder im Zuge einer erhöhten Morta-
Der Vorrat wird von der Lebensdauer beginnen, wie das bei der Stickstoff- lität und damit Verjüngung senkt (Kör-
und der Häufigkeitsverteilung der Al- deposition, aber regional auch bei der ner 2004).
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Abschliessend sei noch vermerkt, 4.1 Was bestimmt Baumart Frosthärte im Austrieb und Bedarf an
dass der Erhöhung der atmosphäri- grenzen im Gebirge und damit spätsommerlicher Reifezeit kaum ver-
schen CO2-Konzentration oft eine die Zusammensetzung des ändern. Die Phänologie unterliegt je-
wachstumsfördernde Wirkung auf den Bergwaldes? doch mikroevolutiven Prozessen und
Wald zugeschrieben wird (sogenannte kann im Laufe einiger Baumgenerati-
CO2-Düngung). Dies ist aus zwei Hier geht es nicht um die Waldgrenze, onen neu justiert werden. Populationen
Gründen höchst unwahrscheinlich. sondern um die Frage, warum Rotbu- in Schweden und in der Schweiz verfü-
Erstens wird das Wachstum von Bäu- che, Traubeneiche, Vogelkirsche, Berg- gen über eine lokal angepasste Fotope-
men in der vegetationsaktiven Zeit pri- ahorn, Esche, Alpengoldregen, Els- riode-Empfindlichkeit. Entscheidend
mär vom Wasser und Nährstoffangebot beere, Vorgelbeere jenseits einer be- für einen starken Fotoperiodik-Ein-
bestimmt und der Wald betreibt Foto- stimmten Höhe im Gebirge nicht mehr fluss ist der Zeitpunkt des saisonalen
synthese nach Bedarf («on demand»). vorkommen. An dieser Grenze be- Temperaturanstieges. Erfolgt dieser
Es ist also nicht die Fotosynthese (und stimmt das Wechselspiel aus Phänolo- spät im Frühjahr, hat die Fotoperiode
damit das CO2-Angebot), das das gie und Frosthärte das Überleben und keinen Einfluss. Erfolgt er ungewöhn-
Wachstum treibt, sondern das Wachs- damit den Aufbau und die Integrität lich früh, verhindert die zu kurze Ta-
tum treibt die Fotosynthese (Körner des Bergwaldes. Die Frosthärte ist ja geslänge den (dann gefährlichen) Aus-
2015). Zweitens hat bis heute kein ex- nicht eine Konstante, sondern ändert trieb. Dies erklärt auch, warum auf
perimentell mit erhöhtem CO2-Ange- sich mit dem Aktivitätszustand (der Satellitenbildern eine anfängliche Be-
bot versorgter Wald, der sich im ‹steady Entwicklung). Im Hochwinter mögen schleunigung des kontinentalen Er-
state› befand, auf CO2-Erhöhung mit –30 °C kein Problem sein, im Austrieb grünens mit zunehmender Klimaer-
mehr Wachstum reagiert (für Schwei- können –3 °C tödlich sein. Eine Art, die wärmung beobachtet wurde, sich aber
zer Wald siehe Bader et al. 2013 und aus ihrer evolutiven Entwicklungsge- in letzter Zeit nicht mehr fortsetzte,
Klein et al. 2016a). Steady state heisst schichte eine geringe Frosthärte beim weil die Fotoperiode zunehmend als
Kronenschluss bei konstantem Blattflä- Austrieb mitbringt, muss unabhängig «Bremse» zu Tage tritt. Solche Resul-
chenindex (und Streufall) und konstan- von den Kapriolen des Wetters (der ge- tate sind auch eine Warnung, phänolo-
tem Wurzelumsatz. Selbst wenn so eine rade herrschenden Wärme) spät aus- giegetriebene Wachstumsänderungen
Stimulierung stattfände, dürfte man sie treiben; eine, die in dieser Phase sehr nicht als Mass für Vorratsänderungen
nicht mit einer Vorratserhöhung ver- viel Frost verträgt, kann entsprechend von Kohlenstoff zu betrachten. Eine al-
wechseln (s. Abschnitte 1 und 2), was früher austreiben. Wie ‹wissen› die Ar- lenfalls verlängerte Saison kann, aber
leider sehr populär ist. Die meisten Ex- ten, wann der richtige Zeitpunkt ist? muss nicht die jährliche Kohlenstoff-
perimente, die einen CO2-Effekt auf Auf das Wetter ist ja kein Verlass. Es bindung erhöhen, und selbst wenn sie
das Wachstum ergaben, zogen Jung- bleibt im Wesentlichen die Steuerung das tut, erhöht dies den ökosystemaren
bäume auf nähstoffreichen Böden auf, über die Fotoperiode. Eine Föhnpe- C-Umsatz, nicht aber – entgegen popu-
also unter ‹gärtnerischen› Bedingun- riode im Februar in den Alpentälern lärer Annahmen – den ökosystemaren
gen, die nichts mit einem Wald zu tun mit +20 °C darf nicht den Austrieb aus- Kohlenstoffvorrat (siehe Abschnitt 3).
haben (siehe auch Körner 2009). lösen, denn der nächste Frost kommt
bestimmt. Tatsächlich besteht eine li-
neare Beziehung zwischen Austriebs- 4.2 Sind Waldbäume in Bezug auf
zeitpunkt und Frosthärte des Austriebs Kohlenstoff autonom?
4 Baumartendiversität (Lenz et al. 2013). Allerdings hat «si-
im Klimawandel als cherheitsbedingtes» spätes Austreiben Ein Baum assimiliert Kohlenstoff, spei-
Vorsorgeprinzip Kosten für den Baum: Der kältetole- chert ihn in Biomasse und schlussend-
rantere, früher austreibende Nachbar lich wird aller Kohlenstoff rezykliert.
Unterschiedliche Baumarten haben un- wächst einem über den Kopf und die Kennt man die Einnahmen und Abga-
terschiedliche kältebedingte Verbrei- Dauer der verbleibenden Wachstums- ben von C, sollte die C-Bilanz auf null
tungsgrenzen, unterschiedliche Strate- periode verkürzt sich. Auch hier gibt es aufgehen. Davon konnte man lange
gien, mit Trockenheit umzugehen, und artspezifische, evolutive Grenzen: Das ausgehen, auch wenn bekannt war, dass
unterschiedliche Toleranz gegenüber Jahrring- und Triebwachstum muss ab- symbiontische Partnerschaften mit
Nähstoffungleichgewichten. Kennt man geschlossen sein, Blätter müssen sich Wurzelpilzen so eng sind, dass Baum
diese Präferenzen und Toleranzen nicht, amortisiert haben und vor allem müs- und Pilz zusammen eine Einheit bil-
versichert hohe Artendiversität gegen sen Samen und Früchte reif werden. den, die über den Baum als Individuum
einen Totalausfall und damit auch ge- Daraus gibt sich eine Dreiecksbezie- hinausgeht. So gesehen gäbe es aber
gen den Verlust grosser biologischer C- hung aus Austriebsphänologie, Frost- überhaupt keine Individualität auf die-
Speicher. Dieses Versicherungsprinzip härte im Austrieb und Mindestdauer sem Planeten, da jeder Organismus auf
der Diversität ist heute auch im Forst- der restlichen Wachstumsperiode, wel- mikrobielle Partner angewiesen ist, der
wesen anerkannt. Ich möchte die funk- che interaktiv die artspezifische Käl- Mensch eingeschlossen. Inzwischen
tionelle Bedeutung der Biodiversität tegrenzen definieren (Körner et al. mehren sich die Belege, dass Bäume
im Wald mit ein paar Beispiele aus der 2016). Jede Art hat ihre eigene Kälte- nicht nur mykorrhiziert sind und so
eigenen Forschung untermauern. grenze. Eine Klimaerwärmung kann besseren Zugang zu Bodennährstoffen
die evolutiven Faktoren wie maximale und Wasser haben, sondern über diese
WSL Berichte, Heft 100, 2020Forum für Wissen 2020 69
Mykorrhiza auch untereinander der-
art stark vernetzt sind, dass der Wald
zum Hyperorganismus wird. Mit mar-
kiertem Kohlenstoff konnten wir am
Forschungskran bei Basel belegen, dass
über gemeinsame Mykorrhizapartner
substanzielle Kohlenstoffmengen zwi-
schen nicht verwandten Baumarten
wie Buche und Fichte verschoben wer-
den (Klein et al. 2016b). DNA-Analy-
sen von mykorrhizierten Wurzelspitzen
ergaben, dass insgesamt 56 von etwa
100 Mykorrhizaarten in diesem Wald
mit mehr als einer Baumart verbunden
sind, und 8 wurden an Fichte, Buche,
Lärche und Föhre gleichzeitig nachge-
wiesen (Rog et al. 2020). Die Baumau-
tonomie ist bezüglich Kohlenstoffhaus-
halt dadurch sehr in Frage gestellt. Die
Abb. 2. Sichtbare Folgen der Stickstoffüberdüngung des Waldes. Ein Beispiel aus der R
egion
Interaktion zwischen Bäumen und ih- Basel mit einem Unterwuchs aus Brombeeren und Brennesseln als Stickstoffzeiger.
ren Symbionten wird potenziell stark
durch veränderte Nährstoffversorgung
beeinflusst, wobei das grösste Risiko
von der anhaltenden Deposition reak- (Leuzinger et al. 2005). Eine frühsom- 5 Literatur
tiver Stickstoffverbindungen ausgeht. merliche Trockenperiode im Jahr 2009
Diese Düngung aus der Luft ist eines ermöglichte es, diese Frage mit Heli- Bader, M.K.F.; Leuzinger, S.; Keel,
der grössten Risiken für Biodiversi- kopter-gestützter Infrarot-Thermogra- SG.; Siegwolf, R.T.W.; Hagedorn, F.;
tät und das Funktionieren des Waldes. fie und Stammanalysen für ein grös- Schleppi, P.; Körner, C., 2013: Central
Sie ist kombiniert mit einer fortwäh- seres Gebiet repliziert zu verifizieren European hardwood trees in a high-CO2
renden Versauerung des Waldbodens (Scherrer et al. 2011). Eindeutig wa- future: synthesis of an 8-year forest ca-
(Braun et al. 2020). Vielerorts sind die ren wieder die Traubeneiche, aber nopy CO2 enrichment project. J. Ecol.
Folgen bereits gravierend und sichtbar auch die Esche, am wenigsten betrof- 101: 509–1519
(Abb. 2). Das erhöhte Stickstoffange- fen, hielten ihren Saftfluss aufrecht und Bastin. J.-F.; Finegold, Y.; Garcia, C.; Mol-
bot treibt den Wald auch in einen Phos- zeigten keinerlei Wachstumseinbussen licone, D.; Rezende, M.; Routh, D.; Zoh-
phormangel (Braun et al. 2010). im Jahrring, während alle anderen Bau- ner, C.M.; Crowther, T.W., 2019: The glo-
marten deutlich geringer wuchsen. Im bal tree restoration potential. Science
Hitzesommer 1976 ergab sich für Jahr- 365: 76–79
4.3 Baumart-Unterschiede bei ringe dasselbe Bild. Der Trockenheits- Braun, S.; Thomas, V.F.D.; Quiring, R.; Flü-
Trockenheit – Risken für den stress spiegelte sich in der Kronener- ckiger, W., 2010: Does nitrogen deposi-
Wald der Zukunft? wärmung wider (Scherrer et al. 2011). tion increase forest production? The role
Nicht transpirierende Blätter heizen of phosphorus. Environ. Pollut. 158: 2043–
Möchte man die Kohlenstoffvorräte, sich in der Sonne auf, was eine Rang- 2052
aber auch andere ökosystemare Leis- ordnung der Empfindlichkeit ergab, die Braun, S.; Tresch, S.; Augustin, S., 2020:
tungen im Wald für die Zukunft si- auch etwas mit der Blattgrösse zusam- Soil solution in Swiss forest stands: a
chern, muss der Wald klimatischen Ex- menhing. Grössere Blätter erwärmen 20 year’s time series. PlosONE 15: 7.
tremsituationen standhalten. Die Häu- sich stärker und erhöhen den Stress. e0227530 https://doi.org/10.1371/journal.
fung von trockenen Sommern kann Ringporige Baumarten kamen bes- pone.0227530
die in Abschnitt 3 diskutierten Mass- ser mit der Trockenheit zurecht als an- Brienen, R.J.W.; Caldwell, L.; Duchesne,
nahmen zur Kohlenstoffspeicherung dere Laubbaumarten. Der Bergahorn L.; Voelker, S.; Barichivich, J.; Baliva,
jedoch zunichte machen. Auch das ist war am empfindlichsten. Der Trocken- M.; Ceccantini, G.; Di Filippo, A.; He-
eine Biodiversitätsfrage. Die unter- sommer 2018 bestätigte die Bestän- lama, S.; Locosselli, G.M.; Lopez, L.;
schiedliche Empfindlichkeit von Bau- digkeit der Traubeneiche, setzte aber Piovesan, G.; Schöngart, J.; Villalba,
marten auf Sommertrockenheit ist of- auch deutliche Schäden an der Buche R.; Gloor, E., 2020: Forest carbon sinks
fensichtlich. Der Hitzesommer 2003 und brachte einer beträchtlichen Zahl neutralized by pervasive growth.lifespan
erwies sich als kritisch für Hagebuche, von Fichten den Dürretot, mit deutli- trade-offs. Nat. Commun. 11: 4241 doi.
als mässig kritisch für Rotbuche und chen Nachwirkungen im Sommer 2019 org/10.1038/s41467-020-17966-z
als bedeutungslos für die Traubenei- bei der Buche (Schuldt et al. 2020). Bond, W.J.; Woodward, F.I.; Midgley, G.F.,
che, die mit ihrer grossen Wurzeltiefe Derartige Biodiversitätseffekte haben 2005: The global distribution of ecosys-
jedenfalls diesen Sommer ohne nen- nachhaltige Wirkung auf die C-Vor- tems in a world without fire. New Phytol.
nenswerte Einschränkungen überstand ratsbildung im Wald. 165: 525–537
WSL Berichte, Heft 100, 202070 Forum für Wissen 2020
Bond, W.J.; Stevens, N.; Midgley, G.F.; Leh- Körner, C., 2015: Paradigm shift in plant duous tree species based on thermal ima-
mann, C.E.R., 2019: The Trouble with growth control. Curr. Opin. Plant Biol. 25: ging of forest canopies. Agric. For. Meteo-
Trees: Afforestation Plans for Africa. 107–114. rol. 151: 1632–1640.
Trends Ecol. Evol. 34: 963–965 Körner, C., 2017: A matter of tree longevity. Schuldt, B.; Buras, A.; Arend, M.; Vitasse,
Büntgen, U.; Krusic, P.J.; Piermattei, A.; Science 355: 130–131. Y.; Beierkuhnlein, C.; Damm, A.; Gharun,
Coomes, D.A.; Esper, J.; Myglan, V.S.; Körner, C.; Basler, D.; Hoch, G.; Kollas, M.; Grams, T.; Hauck, M.; Hajek, P.; Hart-
Kirdyanov, A.V.; Camarero, J.J.; Crivel- C.; Lenz, A.; Randin, C.F.; Vitasse, Y.; mann, H.; Hilbrunner, E.; Hoch, G.; Hol-
laro, A.; Körner, C., 2019: Limited capa- Zimmermann, N.E., 2016: Where, why and loway-Phillips, M.; Körner, C.; Larysch,
city of tree growth to mitigate the global how? Explaining the low-temperature E.; Luebbe, T.; Nelson, D.; Rammig, Rig-
greenhouse effect under predicted war- range limits of temperate tree species. J. ling, A.; Rose, L.; Ruehr, N.K., Schumann,
ming. Nat. Commun. 10: 2171 doi:10.1038/ Ecol. 104: 1076–1088. K.; Weiser, F.; Werner, C.; Wohlgemuth,
s41467-019-10174-4. Lenz, A.; Hoch, G.; Vitasse, Y.; Körner, C., T.; Zang, C.S.; Kahmen, A., 2020: A first
Canadell, J.G.; Schulze, E.D., 2014: Glo- 2013: European deciduous trees exhibit assessment of the impact of the extreme
bal potential of biospheric carbon ma- similar safety margins against damage 2018 summer drought on Central Euro-
nagement for climate mitigation. Nat. by spring freeze events along elevational pean forests. Basic Appl. Ecol. 45: 1–18.
Commun. 5. gradients. New Phytol. 200: 1166–1175. https://doi.org/10.1016/j.baae.2020.04.003
Friedlingstein, P.; Allen, M.; Candadell, Leuzinger, S.; Zotz, G.; Asshoff, R.; Kör- Schulze, E.D.; Körner, C., 2012: Nettopri-
J.G.; Peters, G.P.; Seneviratne, S.I., 2019: ner, C., 2005: Responses of deciduous fo- märproduktion und Bioenergie. In: Ger-
Comment on “The global tree restoration rest trees to severe drought in Central man National Academy of Sciences Leo-
potential”. Science 366: 6463 doi: 10.1126/ Europe. Tree Physiol. 25: 641–650. poldina: Bioenergy – Chances and limits.
science.aay8060. Luyssaert, S.; Marie, G.; Valade, A.; Leopoldina, Halle (Saale) 90–101
Friend, A.D.; Lucht, W.; Rademacher, Chen, Y.Y.; Djomo, S.N.; Ryder, J.; Otto, Vieira, S.; Trumbore, S.; Camargo, P.B.; Sel-
T.T.; Keribin, R.; Betts, R.; Cadule, P.; J.; Naudts, K.; Lanso, A.S.; Ghattas, J.; horst, D.; Chambers, J.Q.; Higuchi, N.;
Ciais, P.; Clark, D.B.; Dankers, R.; Fal- McGrath, M.J., 2018: Trade-offs in using Martinelli, L.A., 2006: Slow growth ra-
loon, P.D.; Ito, A.; Kahana, R.; Kleidon, European forests to meet climate objecti- tes of Amazonian trees: Consequences
A.; Lomas, M.R.; Nishina, K.; Ostberg, S.; ves. Nature 562: 259. for carbon cycling. Proc. Natl. Acad. Sci.
Pavlick, R.; Peylin, P.; Schaphoff, S.; Vui- Rigling, A.; Schaffer, H.P. (Eds.) 2015: U.S.A. 102: 18502–18507.
chard, N.; Warszawski, L.; Wiltshire, A.; Waldbericht 2015. Zustand und Nutzung Von Carlowitz, H.C., 1713:http://
Woodward, F.I., 2014: Carbon residence des Schweizer Waldes. Bundesamt für de.wiki-pedia.org/wiki/Nachhaltigkeit_
time dominates uncertainty in terrestrial Umwelt, Bern, Eidg. Forschungsanstalt (Forstwirtschaft).
vegetation responses to future climate WSL, Birmensdorf. 144 S Wimmer, R.; Halbwachs, G., 1992: Holz und
and atmospheric CO2. Proc. Natl. Acad. Rog, I.; Rosenstock, N.P.; Körner, C.; CO2-Problem in Österreich. In: Empfeh-
Sci. U.S.A. 111: 3280–3285 Klein, T., 2020: Share the wealth: trees lungen der österreichischen CO2-Kom-
Keeling, H.C.; Phillips, O.L., 2007: The glo- with greater ectomycorrhizal species mission für ein Aktionsprogramm zur Er-
bal relationship between forest produc- overlap share more carbon. Mol. Ecol., in reichung des Toronto-Zieles und Jahres-
tivity and biomass. Glob. Ecol. Biogeogr. press https://doi.org/10.1111/mec.15351. bericht 1991. Wien, Akademie für Umwelt
16: 618–631 Scherrer, D.; Bader, M.K.F.; Körner, C., und Energie, Bundesministerium für Um-
Klein,T.; Bader, M.K.F.; Leuzinger, S.; 2011: Drought-sensitivity ranking of deci- welt. Forschung 1: 33–38.
Mildner, M.; Schleppi, P.; Siegwolf,
R.T.W.; Körner, C., 2016a: Growth and
carbon relations of mature Picea abies Abstract
trees under 5years of free-air CO2 enrich- Biodiversity and the carbon cycle are closely connected in forests
ment. J. Ecol. 104: 1720–1733 While forests represent the largest biomass-carbon (C) reservoir nationally and
Klein, T.; Siegwolf, R.T.W.; Körner, C., globally, the potential of forest management for mitigation of atmospheric CO2
2016b: Belowground carbon trade among enrichment (increasing forest area or stocking density) is often overestimated.
tall trees in a temperate forest. Science A wide-spread confusion is that between fluxes of carbon (e.g. tree growth) and
352: 342–344 stocking carbon (which is controlled by tree duration and forest demography). The
Körner, C., 2003: Slow in, rapid out – car- age structure and age diversity are key for both carbon storage and robustness un-
bon flux studies and Kyoto targets. Sci- der climatic change. Carbon storage is a matter of C-residence time, that is, tree
ence 300: 1242–1243 longevity. Any expansion of forest area is in conflict with food production in most
Körner, C., 2004: Through enhanced tree parts of the world, and using forest products to substitute fossil carbon products
dynamics carbon dioxide enrichment is in conflict with carbon storage. A comparison of Swiss fossil fuel consumption
may cause tropical forests to lose carbon. with C contained in the Swiss annual forest harvest illustrates that the substitu-
Philos. Trans. R. Soc. Lond. Ser B-Biol Sci tion potential is close to negligible compared to the effects of reducing fossil fuel
359: 493–498 consumption. Examples for tree species robustness against low temperature and
Körner, C., 2009: Biologische Kohlenstoff- drought, as well as C transfer among unrelated tree taxa by mycorrhizae illustrate
senken: Umsatz und Kapital nicht ver- the functional significance of forest tree diversity and its role in forest C storage.
wechseln! Gaia 4: 288–293
Körner, C., 2014: Schluckt der Wald «un- Keywords: Carbon storage, tree growth, tree longevity, demography, species diver-
ser» CO2? VSH-Bulletin 4. sity, symbiosis, low temperature limits, phenology, drought
WSL Berichte, Heft 100, 2020Sie können auch lesen
